阵列透镜：光学系统中的“多面手”
阵列透镜（Lens Array）是由多个微型透镜按照特定规则排列组成的复合光学元件。与传统单透镜不同，它能够同时对多个光束进行独立操控，或将单一光束分割、整形为复杂的空间光场，广泛应用于需要并行光处理或高精度光场调控的场景。
（激埃特原创图）
一、阵列透镜的分类
根据结构、原理和应用场景的不同，阵列透镜可分为以下几类：
| 分类依据 | 类型 | 特点与应用 |
| 工作原理 | 折射式阵列透镜 | 基于传统几何光学折射原理，适用于可见光至红外波段，成本较低。 |
| 衍射式阵列透镜 | 利用衍射效应设计，可实现亚波长级光场调控，常用于激光分束和波前整形。 | |
| 透镜排列方式 | 规则阵列（矩形、六边形） | 均匀排列，适用于均匀分光、光束整形（如激光匀化）。 |
| 随机/不规则阵列 | 优化光场均匀性，减少干涉条纹，用于照明和投影系统。 | |
| 透镜单元形态 | 球面微透镜阵列 | 单元为球面透镜，加工简单，适合光束聚焦和成像。 |
| 非球面微透镜阵列 | 单元为非球面，可校正像差，提升光场质量（如激光雷达光学系统）。 | |
| 材料与工艺 | 玻璃基阵列透镜 | 耐高温、抗损伤，适用于高功率激光场景。 |
| 聚合物基阵列透镜 | 低成本、可柔性加工，用于消费电子（如手机摄像头、AR眼镜）。 |
（激埃特原创图）
二、核心应用场景
1. 激光加工与光学系统
光束匀化：将高斯分布的激光束转换为平顶光斑，提升切割/焊接均匀性（如半导体晶圆加工）。
分束与多焦点生成：通过阵列透镜将单束激光分割为多束，实现并行加工（如手机屏幕打孔）。
2. 成像与传感
光场相机：利用微透镜阵列记录光线方向信息，实现3D成像与重对焦（如Lytro相机）。
结构光投影：生成编码光图案，用于3D扫描、人脸识别（如iPhone Face ID）。
3. 光通信与显示技术
光纤耦合：将多路光信号高效耦合至光纤阵列（如数据中心光模块）。
AR/VR近眼显示：通过波导结合微透镜阵列扩大视场角，提升显示清晰度（如Hololens光学模组）。
4. 照明与能源
LED二次光学设计：匀化LED出光，避免眩光（如汽车大灯、舞台灯光）。
太阳能聚光：聚焦阳光至光伏电池，提升发电效率（如聚光光伏系统）。
（图源激埃特光电）
三、阵列透镜的作用与特点
核心作用
1. 并行光场操控：同时处理多路光束，提升光学系统效率。
2. 光场均匀化：消除光强分布不均匀性，优化加工与成像质量。
3. 像差校正：通过非球面或衍射设计补偿光学系统像差。
四、技术特点
| 特点 | 说明 |
| 高集成度 | 单位面积内集成数百至数万透镜单元，大幅缩小光学系统体积。 |
| 灵活设计 | 支持自定义透镜形状、排列密度和填充因子（如六边形密排提升光能利用率） |
| 高精度加工 | 纳米级表面粗糙度（<10 nm）和亚微米级定位精度（如光刻工艺制造） |
| 多波长兼容 | 可通过镀膜或材料选择适配紫外至远红外波段。 |
五、典型参数与选型建议
1. 关键参数
透镜单元尺寸：常见10 μm~1 mm，小尺寸适用于高分辨率成像，大尺寸用于高能量激光。
填充因子（Fill Factor）：透镜占单元面积比例（>90%可减少光能损失）。
抗损伤阈值（LIDT）：玻璃基阵列可达10 J/cm²（纳秒脉冲），聚合物基通常<1 J/cm²。
2. 选型原则
激光应用：优先选择熔融石英或ZnSe材料，搭配抗反射镀膜。
消费电子：聚合物基阵列（如PMMA）兼顾成本与轻量化需求。
高温环境：选用耐热玻璃（如Pyrex）或蓝宝石基材。
六、未来发展趋势
1. 超表面阵列透镜：结合超构表面技术，实现亚波长级光场调控。
2. 动态可调阵列：通过液晶或MEMS技术实现焦距/光场实时调节。
3. 混合光学系统：与衍射光学元件（DOE）、自由曲面透镜集成，拓展功能边界。
总的来说，阵列透镜凭借其高度集成、灵活调控的特性，已成为现代光学系统的核心组件之一。从工业激光加工到消费级AR设备，从精密成像到新能源技术，它的身影无处不在。随着微纳加工技术的进步，阵列透镜将继续推动光学领域的创新突破，为人类探索光的世界打开更多可能。